Albert Dunberg

Evaluation of Reliable Network Communication Solutions in an Industrial Environment

Abstract

Industrial systems often have different requirements and priorities than systems found in a desktop environment. In this master's thesis, various network communication solutions are examined and evaluated in order to find a solution that is suitable for an existing industrial system. The study covers several network protocols, including common Internet protocols, and communication solutions from the growing field of Industrial Ethernet.

The featured system is found on the plant floor in a harsh industrial environment where electromagnetic interference from other equipment is expected to affect the system. It is an isolated system with well-defined requirements and properties that will seldom change. Under these conditions, the system requires reliable, message-oriented communication with low latencies and has low demands on capacity.

Two promising communication solutions are selected for further study. The first solution is based on the Transmission Control Protocol (TCP) and is simple to implement since TCP is widely available. The second solution is based on the Reliable User Datagram Protocol (RUDP) and requires a larger implementation effort since RUDP itself has to be implemented. Both solutions are implemented and evaluated regarding communication latency and error handling. To sum up, the solution based on RUDP is recommended because of it being more adjustable and therefore able to provide better error handling performance for the particular system.



Utvärdering av tillförlitliga kommunikationslösningar för nätverk i en industriell miljö

Sammanfattning

Industriella system har ofta andra krav och prioriteringar än vad system funna i en skrivbordsmiljö har. I denna rapport studeras och utvärderas olika lösningar för nätverkskommunikation med avsikt att finna en kommunikationslösning som uppfyller kraven för ett existerande industriellt system. Studien omfattar flera nätverksprotokoll, inklusive protokoll funna på Internet, och kommunikationslösningar från det växande området Industrial Ethernet.

Systemet som beskrivs i rapporten återfinns på verkstadsgolvet i en påfrestande industriell miljö där elektromagnetisk interferens från annan utrustning förväntas påverka systemet. Det är ett isolerat system med väldefinierade krav och egenskaper som sällan ändras. Under dessa förhållanden kräver systemet tillförlitlig, meddelandebaserad kommunikation med korta fördröjningar och har låga krav på kapacitet.

Två lovande kommunikationslösningar väljs ut för fortsatta studier. Den första lösningen är baserad på Transmission Control Protocol (TCP) och är enkel att implementera eftersom TCP är allmänt tillgängligt. Den andra lösningen är baserad på Reliable User Datagram Protocol (RUDP) och kräver en större insats att implementera eftersom den också inkluderar en implementation av RUDP. Dessa två lösningar implementeras och utvärderas med avseende på fördröjningar under kommunikationen samt felhantering. Sammanfattningsvis rekommenderas lösningen baserad på RUDP eftersom den tillåter mer justeringar och därför kan leverera bättre prestanda vid hantering av fel i systemet som beskrivs i rapporten.